一种预测腔体滤波器微放电阈值的方法

摘要

本发明公开了一种预测腔体滤波器微放电阈值的方法，包括确定微放电数值模拟参数、建立腔体滤波器粒子模拟区域、进行微放电数值模拟、记录微放电数值模拟过程中随时间变化的二次电子发射并进行数值处理、微放电阈值功率自动扫描与预测；其以腔体滤波器几何模型与粒子模拟区域为基础，结合金属材料二次电子发射特性，利用粒子模拟技术，设计了腔体滤波器微放电数值模拟与阈值功率判断方法，实现了腔体滤波器微放电阈值的准确数值分析与预测，大大缩短了研制周期、节约了高昂的微放电实验费用，非常适用于复杂结构腔体滤波器微放电阈值预测与大功率微波部件微放电设计。

主权项

一种预测腔体滤波器微放电阈值的方法，其特征在于，包括下列步骤：a.设置输入腔体滤波器的初始电磁信号及其频率f₀、仿真时间T、时间步长t₀、总时间步N_t、输入功率P₀及其功率扫描范围P₁～P₂，P₁≤P₀≤P₂；b.对腔体滤波器进行三维几何建模，设置腔体滤波器的金属材料与金属材料的二次电子发射理论模型，在腔体滤波器中空部分建立粒子模拟区域，将三维几何模型与粒子模拟区域剖分成多个六面体网格，粒子随机分布在粒子模拟区域；c.按时间步迭代进行微放电数值模拟，达到仿真时间T后结束数值模拟，然后转入步骤d；在每一个时间步n，1≤n≤N_t，进行的微放电数值模拟包括：(i)求解时域有限差分离散形式的麦克斯韦方程得到每一个网格节点和网格线处的电场值和磁场值，求解时域差分离散形式的牛顿‑洛伦兹方程得到每一个粒子的位移与动量；(ii)根据粒子的位移判断粒子是否与腔体滤波器碰撞，若发生碰撞，根据碰撞时粒子的动量与金属材料的二次电子发射理论模型得到出射的二次粒子产额和二次粒子的能量与相位分布，累计所有发生碰撞的粒子数M_i(n)，所有出射的二次粒子的总数M_s(n)；d.求解平均二次电子发射M_a(n)，其中1≤n≤N_t，对平均二次电子发射进行内插均值处理，具体方法如下：设置内插时间步N₁，2≤N₁<N_t，从M_a(n)开始，依次取其及以后N₁‑1个时间步的平均值作为内插均值二次电子发射M_a1(n)，其中1≤n≤(N_t‑N₁+1)；e.根据初始电磁信号的频率f₀设置粒子雪崩效应判定起始点N_m，设置微放电阈值判断基数M₂，M₂≥1，从粒子雪崩效应判定起始点N_m开始对M_a1(n)与M₂进行比较，若在N_m≤n≤(N_t‑N₁+1)的范围内，M_a1(n)小于M₂，输入功率为P₀时不发生微放电，若在N_m≤n≤(N_t‑N₁+1)的范围内，M_a1(n)大于M₂，输入功率为P₀时发生微放电；f.令输入功率P₀在设置的功率扫描范围内由P₁开始以第一间隔步进，分别进行步骤c至步骤e，若扫描至输入功率为P₃时不发生微放电，P₁≤P₃≤P₂，扫描至P₄时发生微放电，P₃<P₄≤P₂，从P₃开始，以第二间隔步进，分别进行步骤c至步骤e，若输入功率为P₅时不发生微放电，为P₆时发生微放电，则预测P₅为腔体滤波器的微放电阈值，若输入功率步进至P₂时仍未发生微放电，则预测在功率扫描范围P₁～P₂内不发生微放电。